C++中引用和指针的底层实现对比分析

C++中引用和指针的底层实现对比分析

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/tusong86/article/details/142312342

在C++编程中，引用和指针是两种常用的数据引用方式。虽然它们在语法和使用场景上有所不同，但在底层实现上却有着惊人的相似之处。本文将通过具体的代码示例和调试过程，深入探讨C++中引用和指针在汇编层面的实现方式，帮助读者更好地理解它们的工作原理。

指针实现方式分析

首先来看一个使用指针的函数调用示例：

#include <iostream>
using namespace std;
void fuzhi(int *x) // 指针传参
{
    *x = 10;
}
int main(int argc, char** argv)
{
    int a = 0;
    int b;
    a = 20;
    fuzhi(&a);
    return 0;
}

使用VS2017编译器进行调试，观察反汇编窗口中的代码：

1. 栈帧大小的圈定：

• BP是栈底，SP是栈顶
• 0DCh表示栈帧大小为220字节（16进制）

2. 栈帧空间初始化：

• 初始化数字为0xCCCCCCCC
• 初始化范围为37h（即55个四字节大小）

通过调试观察ESP和变量a的值：

• ESP的值为17823592（16进制表示为0x10FF768）
• 变量a的值为7940691（16进制表示为0x792A53）

内存窗口显示：

继续调试，观察fuzhi(&a)处的汇编代码：

fuzhi(&a);
007921B0  lea         eax,[a]  
007921B3  push        eax  
007921B4  call        fuzhi (079140Bh)  
007921B9  add         esp,4  

分析：

1. lea eax,[a]：将a的地址赋给EAX
2. push eax：将EAX的值（即a的地址）压栈
3. call fuzhi：调用fuzhi函数

进入fuzhi函数的汇编代码：

1. 栈帧大小的开辟
2. 栈帧数据的初始化
3. 将x的值赋给EAX，然后将0Ah（即数字10）赋给EAX所指的内存单元

引用实现方式分析

接下来分析使用引用的函数调用示例：

#include <iostream>
using namespace std;
void fuzhi(int &x) // 引用传参
{
    x = 10;
}
int main(int argc, char** argv)
{
    int a = 0;
    int b;
    a = 20;
    fuzhi(a);
    return 0;
}

观察main函数调用fuzhi的汇编代码：

fuzhi(a);
007B21B0  lea         eax,[a]  
007B21B3  push        eax  
007B21B4  call        fuzhi (07B1410h)  
007B21B9  add         esp,4  

对比发现，引用的实现方式与指针完全相同：

1. 将变量a的地址加载到EAX寄存器
2. 将EAX的值（即a的地址）压栈
3. 调用fuzhi函数

进入fuzhi函数后，同样是将10赋值给x所指向的内存空间。

结论

通过上述分析可以看出，在汇编层面上，C++中的引用和指针在函数调用时的实现方式是完全相同的。它们都通过传递变量的地址来实现对变量的间接访问和修改。这种底层实现的一致性解释了为什么引用在很多情况下可以作为指针的更安全替代品使用。